Un error de evento único ( SEU ), también conocido como error de evento único ( SEE ), es un cambio de estado causado por una sola partícula ionizante (por ejemplo, iones, electrones, fotones) que choca contra un nodo sensible en un sistema microelectrónico vivo. dispositivo, como en un microprocesador , una memoria semiconductora o transistores de potencia . El cambio de estado es el resultado de la carga libre creada por la ionización en o cerca de un nodo importante de un elemento lógico (por ejemplo, un "bit" de memoria). El error en la salida o el funcionamiento del dispositivo causado como resultado del golpe se denomina SEU o error leve .
El SEU en sí no se considera perjudicial permanente para la funcionalidad de los transistores o circuitos, a diferencia del caso de enganche de evento único (SEL), ruptura de compuerta de evento único (SEGR) o agotamiento de evento único (SEB). Todos estos son ejemplos de una clase general de efectos de radiación en dispositivos electrónicos llamados efectos de evento único (SEE).
Las perturbaciones de un solo evento se describieron por primera vez durante las pruebas nucleares en la superficie , de 1954 a 1957, cuando se observaron muchas anomalías en los equipos de monitoreo electrónico. Durante la década de 1960 se observaron más problemas en la electrónica espacial, aunque era difícil separar los fallos leves de otras formas de interferencia. En 1972, un satélite Hughes experimentó un problema en el que la comunicación con el satélite se perdió durante 96 segundos y luego se recuperó. Los científicos Dr. Edward C. Smith, Al Holman y Dr. Dan Binder explicaron la anomalía como un trastorno de evento único (SEU) y publicaron el primer artículo de SEU en la revista IEEE Transactions on Nuclear Science en 1975. [2] En 1978 , Timothy C. May y MH Woods describieron la primera evidencia de errores leves de partículas alfa en materiales de embalaje. En 1979, James Ziegler de IBM , junto con W. Lanford de Yale , describieron por primera vez el mecanismo por el cual un rayo cósmico al nivel del mar podría causar un trastorno único en la electrónica. 1979 también vio la primera prueba del mundo de "efectos de evento único" de iones pesados en una instalación de acelerador de partículas, realizada en el ciclotrón de 88 pulgadas y Bevatron del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . [3]
Los SEU terrestres surgen debido a la colisión de partículas cósmicas con átomos en la atmósfera, creando cascadas o lluvias de neutrones y protones, que a su vez pueden interactuar con circuitos electrónicos. En geometrías submicrónicas profundas, esto afecta a los dispositivos semiconductores en la atmósfera.
En el espacio, existen partículas ionizantes de alta energía como parte del fondo natural, conocidas como rayos cósmicos galácticos (GCR). Los eventos de partículas solares y protones de alta energía atrapados en la magnetosfera de la Tierra ( cinturones de radiación de Van Allen ) exacerban este problema. Las altas energías asociadas con el fenómeno en el entorno de partículas espaciales generalmente hacen que el aumento de blindaje de las naves espaciales sea inútil en términos de eliminación de SEU y fenómenos catastróficos de un solo evento (por ejemplo, cierre destructivo ). Los neutrones atmosféricos secundarios generados por los rayos cósmicos también pueden tener energía suficientemente alta para producir SEU en electrónica en vuelos de aviones sobre los polos o a gran altura. Las trazas de elementos radiactivos en los paquetes de chips también dan lugar a SEU.
La sensibilidad de un dispositivo al SEU se puede estimar empíricamente colocando un dispositivo de prueba en una corriente de partículas en un ciclotrón u otra instalación aceleradora de partículas . Esta metodología de prueba particular es especialmente útil para predecir el SER (tasa de error suave) en entornos espaciales conocidos, pero puede resultar problemática para estimar el SER terrestre a partir de neutrones. En este caso, se debe evaluar una gran cantidad de piezas, posiblemente a diferentes altitudes, para encontrar la tasa real de vuelco.
Otra forma de estimar empíricamente la tolerancia al SEU es utilizar una cámara protegida de la radiación, con una fuente de radiación conocida, como el cesio-137 .
Al probar microprocesadores para SEU, el software utilizado para ejercitar el dispositivo también debe evaluarse para determinar qué secciones del dispositivo se activaron cuando ocurrieron SEU.
Por definición, las SEU no destruyen los circuitos involucrados, pero pueden causar errores. En los microprocesadores espaciales, una de las partes más vulnerables suele ser la memoria caché de primer y segundo nivel, porque deben ser muy pequeñas y tener una velocidad muy alta, lo que significa que no retienen mucha carga. A menudo, estos cachés se desactivan si los diseños terrestres se configuran para sobrevivir a las SEU. Otro punto de vulnerabilidad es la máquina de estados en el control del microprocesador, debido al riesgo de entrar en estados "muertos" (sin salidas), sin embargo, estos circuitos deben controlar todo el procesador, por lo que tienen transistores relativamente grandes para proporcionar electricidad relativamente grande. corrientes y no son tan vulnerables como podría pensarse. Otro componente vulnerable del procesador es la RAM, y más concretamente la RAM estática (SRAM) utilizada en las memorias caché. Las memorias SRAM suelen diseñarse con tamaños de transistores cercanos al mínimo permitido por la tecnología para asignar el máximo número de bits por unidad de área. Los tamaños de transistores pequeños y la alta densidad de bits hacen de las memorias uno de los componentes más susceptibles a las SEU. [4] Para garantizar la resiliencia a las SEU, a menudo se utiliza una memoria de corrección de errores , junto con circuitos para leer periódicamente (lo que lleva a la corrección) o borrar (si la lectura no conduce a la corrección) la memoria de errores, antes de que los errores abrumen al error. -circuito corrector.
En circuitos digitales y analógicos, un solo evento puede causar que uno o más pulsos de voltaje (es decir, fallas) se propaguen a través del circuito, en cuyo caso se lo denomina transitorio de evento único (SET). Dado que el pulso que se propaga no es técnicamente un cambio de "estado" como en una memoria SEU, se debe diferenciar entre SET y SEU. Si un SET se propaga a través de circuitos digitales y da como resultado que se bloquee un valor incorrecto en una unidad lógica secuencial, entonces se considera un SEU.
Los problemas de hardware también pueden ocurrir por razones relacionadas. En determinadas circunstancias (tanto del diseño del circuito como del diseño del proceso y de las propiedades de las partículas), se puede activar un tiristor " parásito " inherente a los diseños CMOS, provocando efectivamente un aparente cortocircuito entre la alimentación y tierra. Esta condición se conoce como bloqueo y, en ausencia de contramedidas constructivas, a menudo destruye el dispositivo debido a una fuga térmica . La mayoría de los fabricantes diseñan para evitar el enganche y prueban sus productos para garantizar que no se produzcan por el impacto de partículas atmosféricas. Para evitar el bloqueo en el espacio, a menudo se utilizan sustratos epitaxiales , silicio sobre aislante (SOI) o silicio sobre zafiro (SOS) para reducir o eliminar aún más la susceptibilidad.
La causa se remonta a errores en una computadora a bordo que se sospecha que fueron inducidos por rayos cósmicos.
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